МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра информационных-измерительных систем и технологий отчет по лабораторной работе №3 по дисциплине «Метрология» Тема: Цифровые измерительные приборы Студентка гр. 2583 Петров И.А. Преподаватель Антонюк П.Е. Санкт-Петербург 2024 Цель работы - изучение методов экспериментального определения метрологических характеристик цифровых приборов, а также их применения для измерения физических величин и оценка погрешностей результатов измерений. Задание 1. Ознакомиться с инструкцией по применению исследуемого цифрового измерительного прибора (ЦИП). 2. Определить шаг квантования (квант) исследуемого ЦИП в режиме омметра для различных (по указанию преподавателя) пределов измерения. 3. Экспериментально определить следующие метрологические характеристики цифрового измерительного прибора в режиме омметра: — статическую характеристику преобразования; построить график зависимости показания Rп прибора от значений R измеряемых сопротивлений Rп=F(R) ; — погрешности квантования для начального участка статической характеристики преобразования; построить график погрешности квантования; — инструментальную погрешность по всему диапазону измерений для выбранного предела измерений; построить график инструментальной погрешности, определить аддитивную и мультипликативные составляющие инструментальной погрешности. 4. Измерить сопротивления ряда резисторов и оценить основную погрешность результатов измерения. 1. Измерить электронным вольтметром напряжения различной формы (синусоидальной, прямоугольной и треугольной) с одинаковой амплитудой на частотах, лежащих в рабочей полосе частот этого прибора. Объяснить и подтвердить расчетами полученные результаты. Сделать вывод о влиянии формы измеряемо-го напряжения на показания электронного вольтметра. 2 Спецификация применяемых средств измерений. 3 Схема эксперимента. К основным метрологическим характеристикам ЦИП относятся: статическая характеристика преобразования, шаг квантования (квант) или единица младшего разряда, основная инструментальная погрешность. Статическая характеристика преобразования устанавливает связь между преобразуемой входной величиной х и результатом преобразования х п (показаниями ЦИП), который может принимать только квантованные значения хп =Nq, где N — десятичное целое число. q— шаг квантования (квант) величины х. В этом отличие ЦИП от аналоговых средств измерений. Отсюда следует ступенчатая форма представления статической характеристики преобразования. Статическая характеристика преобразования идеального ЦИП (рис. 3.1) получается при квантовании измеряемой величины путем отождествления её с ближайшим по значению уровнем квантования. 4 Лабораторная работа №3 «Цифровые измерительные приборы» Протокол 1. Определение начального участка статической характеристики Таблица 1 Номер измерения Rп, кОм R, кОм 2. Определение абсолютной инструментальной погрешности. Таблица 2 Номер измерения RпN, кОм RN, кОм 5 ∆RИN,кОм 3. Измерение сопротивлений Таблица 3 Номер Диапазон Значение резистора измерения кванта для диапазона измерения, Показания Абсолютная Относительная Результат измерения ЦИП погрешность погрешность Rп,кОм измерения измерения, % Rп±∆R, кОм ∆R, кОм Ом Выполнила студентка группы _____, факультет _____ Проверил____________________________ Дата______________ 6 Обработка результатов 1. Статическая характеристика преобразования ЦИП. Таблица 1 Номер измерения Rп, кОм R, кОм 1 1*10-3 1*10-3 2 2*10-3 2*10-3 3 3*10-3 3*10-3 4 4*10-3 4*10-3 5 5*10-3 5*10-3 6 6*10-3 6*10-3 7 7*10-3 7*10-3 8 8*10-3 8*10-3 9 8*10-3 9*10-3 10 9*10-3 10*10-3 Рисунок 1 - график статической характеристики ЦИП и график абсолютной основной погрешности 7 2. Определение аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. Таблица 2 Номер измерения RпN, кОм RN, кОм ∆RИN,кОм 1 1*10-3 1*10-3 -5*10-4 2 2*10-3 2*10-3 -5*10-4 3 3*10-3 3*10-3 -5*10-4 4 4*10-3 4*10-3 -5*10-4 5 5*10-3 5*10-3 -5*10-4 6 6*10-3 6*10-3 -5*10-4 7 7*10-3 7*10-3 -5*10-4 8 8*10-3 8*10-3 -5*10-4 9 8*10-3 9*10-3 5*10-4 10 9*10-3 10*10-3 5*10-4 Рисунок 2 - график зависимости ∆RИN = F(RN) для выбранного диапазона ЦИП ∆R иN = a + bR N ; a = −5 ∗ 10−4 кОм − аддитивная погрешность; В точке (0,0005; 0,0090): 5 ∗ 10−4 = −5 ∗ 10−4 + b ∗ 90 ∗ 10−4 ; => => b ≈ 0,11 кОм − мультипликативная погрешность; 8 3. Измерение сопротивлений Таблица 3 Номер Диапазон Значение Пока- Абсо- Относитель- Результат резистора измерения кванта для зания лютная ная измерения погреш- погрешность Rп±∆R, кОм диапазона ЦИП измерения, Rп,кОм ность Ом измерения, % измерения ∆R, кОм 1 0-2 кОм 0,0010 0,1180 0,000218 1,85% 0,1180±0,0002 1 0-200 Ом 0,0001 0,1182 0,000691 0,58% 0,1182±0,0007 2 0-2 кОм 0,0010 1,1460 0,01246 1,09% 1,146±0,012 2 0-20 кОм 0,0100 1,1400 0,0328 2,88% 1,14±0,03 3 0-20 кОм 0,0100 8,2800 0,1756 2,12% 8,28±0,18 3 0-200 кОм 0,1000 8,3000 0,5150 6,20% 8,3±0,5 Из табл.3 можно заметить, что чем ближе предел измерений находится к измеряемой величине, тем меньше абсолютная и относительная погрешность измерения. Вывод: в ходе лабораторной работы была произведена оценка погрешностей измерения сопротивлений. Экспериментально подтвердилось различие статической характеристики идеального и реального ЦИП (рис. 1). Была графически определена аддитивная погрешность (a = −5 ∗ 10−4 кОм), коэффициент мультипликативной погрешности ( b ≈ 0,11 кОм). Были измерены сопротивления при различных пределах измерений: благодаря анализу вычислений абсолютных и относительных погрешностей было выявлено, что более высокая точность измерений обеспечивается в том случае, когда измеряемая величина лежит достаточно близко к пределу измерений. 9
